苏联的N1火箭和美国的土星五号不设计固体助推器是出于什么原因?

邓继敏

美国的土星五号和苏联的N1火箭虽然都是用来登月的,但技术水平不是一回事,不能相提并论,谢谢。

土星五号不用助推器的原因,是F1发动机即使放到现在也是神器,推力太强大,而且可靠性很高。一般来说,在芯级推力不足的情况下,才会使用助推器,而且助推器并不是越多越好。

图一:美国土星五号发动机推力够强,不需要装助推器。

顺带提一嘴,美国并不是认为助推器一定没有用,而是该用的时候可以用,美国的新星火星,跟土星五号一脉相承,实际上是加装了助推器的,只不过是那么强大的火箭没啥东西好射,所以无疾而终。土星五号一级用了五台F1发动机,而新星火箭的一级用了八台F1发动机。

人类设计登月火箭,无非是几个路数,第一个路子是美国的土星五号,设计出推力逆天的F1发动机,单机推力达到680吨,这个指标到今天也是不可思议的数字。一级装五个,总推力接近3500吨,推个上百吨的登月组合舱毫无压力。几乎可以说,土星五号的推力是过剩的。这么强大的火箭,何必再另外加几个助推器呢?

图二:苏联N1火箭,密密麻麻的发动机能发射成功才叫见鬼。

第二个路子就是苏联的N1火箭,发动机推力不够,数量来凑。苏联当时搞不定大推力发动机,只能用小推力发动机来凑数。所以N1火箭长得跟蜂窝煤差不多,一级布置了30台NK-15发动机。在当年是解决不了可靠性的问题,所以N1火箭发射一次炸一次,没有成功的记录,苏联登月计划无疾而终。

苏联的大推力发动机出现得太晚,RD-170一直到1985年左右才勉强搞定。RD-170也是不逊于F1发动机的神器。如果能提前20年搞定,苏联的N1火箭肯定不会造成蜂窝煤样子,必然长得跟土星五号差不多,光溜溜又粗又长一大条,没有助推器。

图三:中国的长征九号有助推器。这是因为搞不定F1和RD170这种神器。

另外马斯克的猎鹰重型火箭,也是采用了这个路子,用一堆小的发动机代替一个大的发动机。但是现在的技术进步了,一是自诊断技术和冗余技术容许一台或两台小的发动机失效,仍然不危及整枚火箭的飞行员。二是用若干小发动机组成一个模块,几个模块拼成芯一级,模块化设计的本身也隔离了风险。

第三个路子就是中国的长征九号火箭。中国登月不可能走苏联N1失败的老路子,显然不可能在芯一级布置30个小发动机,但也搞不定F1这样的发动机怪兽。所以中国搞的是折衷的办法,500吨级的发动机也凑和够用,但是指望4台500吨裸奔上月球不太现实,所以需要助推器来凑。这个路子在技术难度和技术风险上做了权衡。


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